Tonali (20) tampil 89 kali bersama Brescia yang Juli lalu terdegradasi dan mencetak tujuh gol.
Dia melakukan debut tim seniornya dalam timnas Italia Oktober tahun lalu dan sudah tiga kali turun lapangan membela timnas.
"Dia adalah salah seorang bakat muda paling menjanjikan dalam sepak bola internasional," kata Milan CEO Ivan Gazidis.
"Sandro punya cinta kepada klub ini dan pemahaman atas nilai-nilainya yang akan mengimbuhkan apa yang ingin kami bangun bersama."
Baca juga: Duo Milan berebut gelandang Brescia Sandro Tonali
Baca juga: Presiden Brescia lebih senang Tonali gabung AS Roma dibandingkan Milan
Baca juga: Andrea Pirlo: Sandro Tonali gelandang yang lebih komplet dari saya